扰流柱冷却是燃气轮机叶片尾缘的主要冷却措施,流体绕柱流动产生马蹄涡及边界层分离,柱后产生尾迹增加了冷却气体的湍流度,并对下游扰流柱表面上的边界层发展产生扰动。除了流动扰动效果的叠加外,扰流柱还将热能从表面传递出去,因此扰流柱阵列的换热设计对燃气轮机叶片尾缘整体冷却方案的制定有着重要意义。而实度对扰流柱换热的影响一直被中外学者所忽视,过往研究领域的实度也主要集中于12.5%~24%之间,对高实度(大于40%)扰流柱阵列换热效果则少有研究。本文采用数值模拟方法对不同实度扰流柱的换热特性进行研究,并单独分析了高实度扰流柱在两种不同类型通道内的换热规律,为叶片尾缘整体的冷却设计提供参考。本文首先对三种不同实度的扰流柱阵列进行物理模型建立,通道类型设计为矩形通道,对网格精确划分后采用SST k-ω湍流模型对不同实度扰流柱阵列的换热效果与流动特性进行数值模拟。根据冷却流体于不同实度通道内的流场结构差异,探索实度的改变对冷却通道内传热性能及压力损失系数的影响规律。结果表明:随着扰流柱阵列实度等级的增加,冷却气体自身动能降低,其流向速度呈周期性分布,通道内端壁面积缩小,但端壁内低温区域所占比重明显增大。扰流柱阵列的平均换热水平随进口雷诺数的增大呈指数上升趋势,高实度的扰流柱具有更出色的换热效果,并在流场上下游分别出现换热峰值。冷却通道的整体压力损失系数随进口雷诺数的增大呈指数下降分布,高实度通道下降速率最大,其整体压力损失系数在高雷诺数阶段达到最低,在流向上沿程压力损失系数呈先降后升趋势。在前部分数值计算基础上,改变高实度扰流柱的通道类型,设计收敛通道并建立物理模型,与矩形通道内冷却气体的流场分布及传热特性进行对比分析,进一步探索高实度扰流柱的冷却性能。结果表明:收敛通道对内部冷却气体的流场结构产生很大影响,流体流动速度沿程逐步增加,对自身流动损失及扰流柱换热效果的影响随之增大。收敛通道内扰流柱的平均换热水平随进口雷诺数的增大呈指数上升趋势,高于矩形通道的计算结果但两者差距逐渐缩小,收敛通道压力损失系数同样呈指数下降趋势。同一进口雷诺数下,不同于矩形通道在中游出现换热峰值的情况,收敛通道的换热效果受速度影响较大,呈现沿流向持续升高趋势,两种通道虽在相同排数产生换热波动点,但单排换热差距逐渐增大,收敛通道内的沿程压力损失系数也呈持续上升趋势。